Ενεργειακή και εξεργειακή μελέτη παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με αέρια εργαζόμενα μέσα - Δανιήλ, Ηλίας (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας, 2016)
Αντικείμενο της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η προσομοίωση ενός συγκεντρωτικού παραβολικού ηλιακού συλλέκτη με αέρια εργαζόμενα μέσα. Ο σχεδιασμός και η προσομοίωση πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του λογισμικού Solidworks. Τα εξεταζόμενα εργαζόμενα μέσα είναι ο αέρας, το ήλιο και το διοξείδιο του άνθρακα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα βασικά χαρακτηριστικά της ηλιακής ακτινοβολίας. Ακόμη δίνονται οι ορισμοί βασικών μεγεθών και αναφέρονται τρόποι μέτρησής της. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αρχικά αναφέρονται ορισμένες διαφορές ανάμεσα στους μη-συγκεντρωτικούς (επίπεδοι) και τους συγκεντρωτικούς ηλιακούς συλλέκτες. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι συνηθέστερες τεχνολογίες συγκεντρωτικών συλλεκτών που χρησιμοποιούνται, όπως είναι ο ηλιακός πύργος, ο γραμμικός συλλέκτης Fresnel, το παραβολικό ηλιακό πιάτο και ο συλλέκτης CPC. Ακολούθως δίνονται βασικά στοιχεία των συγκεντρωτικών παραβολικών συλλεκτών (PTC), που μας ενδιαφέρουν στην παρούσα εργασία. Πιο συγκεκριμένα, μετά από μία σύντομη ιστορική αναδρομή, παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά των συλλεκτών LUZ και Eurotrough, οι οποίοι αποτελούν ‘σταθμό’ στην ανάπτυξη και την εξέλιξη των συλλεκτών PTC. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στις κυριότερες εφαρμογές που χρησιμοποιούνται οι συγκεντρωτικοί παραβολικοί συλλέκτες. Στο τρίτο κεφάλαιο, αρχικά δίνονται τα βασικά χαρακτηριστικά (γεωμετρικά και οπτικά) του υπό μελέτη συλλέκτη. Στη συνέχεια γίνεται αναλυτική περιγραφή του τρόπου σχεδίασής του στο Solidworks. Συγκεκριμένα, παρουσιάζεται ο τρόπος απόδοσης των συνιστωσών του συλλέκτη στις δύο και στις τρεις διαστάσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αρχικά δίνονται ορισμένα κύρια χαρακτηριστικά του συλλέκτη, που χρειάζονται για την προσομοίωση και αναφέρονται οι βασικές εξισώσεις για τον προσδιορισμό των διαφόρων μεγεθών. Στη συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος δημιουργίας και διαμόρφωσης της προσομοίωσης στο Solidworks. Πιο συγκεκριμένα, για καθένα από τα τρία εξεταζόμενα εργαζόμενα μέσα, πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις για τέσσερεις διαφορετικές παροχές μάζας, επιλεγμένες με στόχο την καλύτερη εξεργειακή απόδοση. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Δίνονται διάφορα διαγράμματα για καθένα από τα αέρια (θερμικός και εξεργειακός βαθμός απόδοσης, θερμικές απώλειες, πτώση πίεσης, θερμοκρασία απορροφητή και σωλήνα κενού, συντελεστής συναγωγής). Στο τέλος για την παροχή που παρουσιάζει τη βέλτιστη εξεργειακή απόδοση, γίνεται σύγκριση μεταξύ των αερίων. Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η βελτίωση της απόδοσης του συλλέκτη με την εισαγωγή πτερυγίων στο εσωτερικό του απορροφητή. Έτσι, αρχικά περιγράφεται η διαδικασία σχεδιασμού των πτερυγίων στο συλλέκτη. Η διαδικασία διαμόρφωσης των προσομοιώσεων είναι παρόμοια με αυτή που αναφέρθηκε στο κεφάλαιο 4. Συνολικά εξετάζονται τρεις διαμορφώσεις πτερυγίων. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και γίνεται σύγκριση. Στο έβδομο κεφάλαιο της εργασίας περιλαμβάνονται τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων.